本发明公开了一种用于重卡驾驶室半主动悬置的控制方法，步骤为：1）在驾驶室和车架的相关位置处安装加速度传感器来获取驾驶室和车架的速度和加速度信号；2）通过速度和加速度信号计算天棚阻尼力；3）通过天棚阻尼力计算出支撑驾驶室四根阻尼可调减振器的期望阻尼力；4）根据每根减振器所需的期望阻尼力和其两端的相对运动速度分别计算出四根减振器实际阻尼力；5）根据实际阻尼力、相对速度和电流大小三者的关系分别计算出所需的电流大小；6）分别对各个减振器输入所计算的电流大小，实现驾驶室半主动悬置的控制。该方法简单，能够在一定频率范围内有效的抑制驾驶室质心垂直、侧倾角和俯仰角的振动，使驾驶室具有较好的乘坐舒适性。
1.一种用于重卡驾驶室半主动悬置的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
1）在驾驶室的相应位置处安装3个垂直加速度传感器，在车架相应位置处安装4个垂直加速度传感器，测得相应的信号；
2）对步骤1）获得的信号进行积分计算，获得驾驶室质心的垂直加速度、垂直速度、侧倾角加速度、侧倾角速度、俯仰角加速度和俯仰角速度，以及车架4个悬置点的相对运动速度；
3）根据步骤2）获得的数据，计算驾驶室的天棚阻尼控制力；
4）根据步骤3）获得的天棚阻尼控制力计算出4根减震器的实际输出阻尼力；
5）根据计算的实际输出阻尼力与减震器输入电流、减震器两端相对速度的关系，分别计算各个减振器的输入电流，并将计算的电流输入给各个阻尼可调减震器，实现对驾驶室半主动悬置系统的控制；
1）建立驾驶室‑车架半主动悬置系统，在驾驶室‑车架半主动悬置系统中建立驾驶室质心坐标系，以行车方向为x轴正方向，y轴为驾驶室侧向，z轴根据右手定则得出，O为驾驶室质心坐标， 分别为驾驶室垂直位移、侧倾角和俯仰角；假设驾驶室视为刚体，在驾驶室前左与前右悬置上端安装两个垂直加速度传感器测得驾驶室前左和前右悬置点的垂直加速度 ；在驾驶室质心处安装一个垂直加速度传感器测得驾驶室质心垂直加速度 ；在车架上的四个悬置点安装四个垂直加速度传感器测得车架上四个悬置点的垂直加速度，分别为 ；
2）在驾驶室质心坐标系下，设pyi为驾驶室悬置点i的y轴坐标，pxi为驾驶室悬置点i的x轴坐标，i=1，2，3，4，分别对应XOY平面第1，2，3，4象限的悬置点的投影点；根据科里奥利效应得到驾驶室四个悬置点的加速度和速度，以及驾驶室质心的垂直加速度、垂直速度、侧倾角加速度、侧倾角速度、俯仰角加速度和俯仰角速度，表达式如下： （1）
其中，z i（i=1，2，3，4）分别为驾驶室质心坐标系下各悬置点的z轴位移； pyi、pxi （i=
1，2，3，4）通过实际测量获得； 通过分别对 进行积分获得，通过式（1）（2）求得驾驶室质心的垂直加速度、垂直速度、侧倾角加速度、侧倾角速度、俯仰角加速度和俯仰角速度以及4个驾驶室悬置点的加速度和速度；
对 进行积分获得四个车架悬置点的垂直速度，获得信号：驾驶室的垂直加速度 、侧倾角加速度 、俯仰角加速度 、垂直速度 、侧倾角速度 和俯仰角速度 ，以及四个车架悬置点的相对速度 ；
3）根据下述公式（3）对步骤2）获取的 信号计算天棚阻尼力大小， （3） （4）
其中 为天棚阻尼力， 为天棚阻尼系数，为放大系数；
4）根据力与力矩等效原理，利用下述公式（5）和公式（6）计算4根减振器的期望阻尼力f i （i=1，2，3，4）；
5）由于阻尼可调减振器输出阻尼力的方向只与相对速度的方向有关，减振器输出阻尼力大小范围与减振器输入电流、减振器两端相对速度大小有关，利用下述公式（7）计算阻尼可调减振器实际输出的阻尼力fri，，i=1，2，3，4 （7）其中 ,
矩阵， H为驾驶室悬置点坐标转换矩阵，Q为车架4个悬置点的垂直位移矩阵，q1、q2、 q3、q4分别为车架悬置点i的垂直位移；
6）根据计算的阻尼可调减振器实际输出的阻尼力与减震器输入电流、减震器两端相对速度的关系，分别计算各个减振器的输入电流，并将计算的电流输入给各个阻尼可调减震器，从而实现对驾驶室半主动悬置系统的控制。
一种用于重卡驾驶室半主动悬置的控制方法
技术领域
[0001] 本发明涉及重卡驾驶室悬置技术领域，具体是一种用于重卡驾驶室半主动悬置的控制方法。
背景技术
[0002] 随着社会对货运汽车的舒适性等要求的不断提高，这便要求重卡驾驶室在舒适感、稳定性等方面需具备良好的性能。由于被动悬置各方面的局限性，难以适应复杂多变的
实际路面，从而推动了控制系统在驾驶室悬置方面的研究。控制系统分为主动和半主动控
制，主动悬架系统在乘坐舒适性、操纵控制方面比传统被动系统有很大的优势。但只有在性
能至关重要的情况下，以主动系统替代被动系统所带来的成本和复杂性的增加是合理的。
[0003] 随着市场上如MRD和连续阻尼控制(Continuous Damping Control，CDC)减震器等执行器的广泛应用，使半主动控制系统应用到商用车上成为可能。
发明内容
[0004] 本发明的目的在于克服现有技术的不足，而提供一种用于重卡驾驶室半主动悬置的控制方法。
[0005] 实现本发明目的的技术方案是：
[0006] 一种用于重卡驾驶室半主动悬置的控制方法，包括如下步骤：
[0007] 1)在驾驶室的相应位置处安装3个垂直加速度传感器，在车架相应位置处安装4个垂直加速度传感器，测得相应的信号；
[0008] 2)对步骤1)获得的信号进行积分计算，获得驾驶室质心的垂直加速度、垂直速度、侧倾角加速度、侧倾角速度、俯仰角加速度和俯仰角速度，以及车架4个悬置点的相对运动
速度；
[0009] 3)根据步骤2)获得的数据，计算驾驶室的天棚阻尼控制力；
[0010] 4)根据步骤3)获得的天棚阻尼控制力计算出4根减震器的实际输出阻尼力；
[0011] 5)根据计算的实际输出阻尼力与减震器输入电流、减震器两端相对速度的关系，分别计算各个减振器的输入电流，并将计算的电流输入给各个阻尼可调减震器，实现对驾
驶室半主动悬置系统的控制。
[0012] 该方法的具体步骤如下：
[0013] 1)建立驾驶室‑车架半主动悬置系统，在驾驶室‑车架半主动悬置系统中建立驾驶室质心坐标系，以行车方向为x轴正方向，y轴为驾驶室侧向，z轴根据右手定则得出，O为驾
驶室质心坐标，zo、α、γ分别为驾驶室垂直位移、侧倾角和俯仰角；假设驾驶室视为刚体，在
驾驶室前左与前右悬置上端安装两个垂直加速度传感器测得驾驶室前左和前右悬置点的
垂直加速度 和 在驾驶室质心处安装一个垂直加速度传感器测得驾驶室质心垂直加速
度 在车架上的四个悬置点安装四个垂直加速度传感器测得车架上四个悬置点的垂直加
速度，分别为
[0014] 2)在驾驶室质心坐标系下，设pyi为驾驶室悬置点i的y轴坐标，pxi为驾驶室悬置点i的x轴坐标，i＝1,2,3,4，分别对应XOY平面第1，2，3，4象限的悬置点的投影点；根据科里奥
利效应得到驾驶室四个悬置点的加速度和速度，以及驾驶室质心的垂直加速度、垂直速度、
侧倾角加速度、侧倾角速度、俯仰角加速度和俯仰角速度，表达式如下：
[0015]
[0016]
[0017] 其中，zi(i＝1,2,3,4)分别为驾驶室质心坐标系下各悬置点的z轴位移；pyi、pxi(i＝1,2,3,4)通过实际测量获得； 通过分别对 进行积分获得，通过式(1)(2)
求得驾驶室质心的垂直加速度、垂直速度、侧倾角加速度、侧倾角速度、俯仰角加速度和俯
仰角速度以及4个驾驶室悬置点的加速度和速度；
[0018] 对 进行积分获得四个车架悬置点的垂直速度，获得信号：驾驶室的垂直加速度 侧倾角加速度 俯仰角加速度 垂直速度 侧倾角速度 和俯仰角速度
以及四个车架悬置点的相对速度
[0019] 3)根据下述公式(3)对步骤2)获取的 信号计算天棚阻尼力大小，
[0020]
[0021]
[0022] 其中fskyz、fskya、fskyγ为天棚阻尼力，Cskyz、Cskya、Cskyγ为天棚阻尼系数，β1、β2、β3为放大系数；
[0023] 4)根据力与力矩等效原理，利用下述公式(5)和公式(6)计算4根减振器的期望阻尼力fi(i＝1，2，3，4)；
[0024]
[0025] f3＝f4 (6)
[0026] 5)由于阻尼可调减振器输出阻尼力的方向只与相对速度的方向有关，减振器输出阻尼力大小范围与减振器输入电流、减振器两端相对速度大小有关，利用下述公式(7)计算
阻尼可调减振器实际输出的阻尼力fri，
[0027]
[0028] 其中 Q＝[q1 q2 q3 q4]T，X＝[z a γ]T，如图2所示，其中X为驾驶室质心位姿矩阵，H
为驾驶室悬置点坐标转换矩阵，Q为车架4个悬置点的垂直位移矩阵，q1 q2 q3 q4分别为车
架悬置点i的垂直位移；
[0029] 6)根据计算的阻尼可调减振器实际输出的阻尼力与减震器输入电流、减震器两端相对速度的关系，分别计算各个减振器的输入电流，并将计算的电流输入给各个阻尼可调
减震器，从而实现对驾驶室半主动悬置系统的控制。
[0030] 本发明提供的一种用于重卡驾驶室半主动悬置的控制方法，该方法通过设置7个垂直加速度传感器来获取驾驶室质心的垂直加速度、垂直速度、侧倾角加速度、侧倾角速
度、俯仰角加速度和俯仰角速度；以及4个悬置的相对速度。加速度传感器安装方便、价格便
宜、可靠性高，易于工程实现。
[0031] 目前较多的整车天棚阻尼控制方法是将整车悬架模型看作是四个1/4悬架模型的组合，是以降低悬置点的加速度、速度和位移为目标的控制方法，而驾驶室悬置系统是一个
多自由度耦合的系统；本发明的驾驶室半主动悬置(天棚阻尼)控制策略以简单的数学关系
协调了四根减振器的作用力，考虑了四个悬置的耦合问题，从而更加全面地改善驾驶室质
心的振动。
[0032] 本发明提出的控制方法计算过程简单，降低了计算难度，因此控制器执行效率相对较高，且对控制器要求较低，易于工程实现。
附图说明
[0033] 图1为本发明方法的实施流程图；
[0034] 图2为驾驶室‑车架半主动悬置系统示意图；
[0035] 图3为驾驶室半主动悬置系统示意图；
[0036] 图4为某减振器阻尼力输出范围与减振器两端相对运动速度的关系图；
[0037] 图5为用模态解耦的方法对驾驶室进行模态解耦后，得到3个单自由度系统，对3个单自由度系统以阻尼比＝1来选取天棚阻尼系数，并用Adams car/Simulink联合仿真，提取
驾驶室质心的垂直加速度功率密度图；
[0038] 图6为用模态解耦的方法对驾驶室进行模态解耦后，得到3个单自由度系统，对3个单自由度系统以阻尼比＝1来选取天棚阻尼系数，并用Adams car/Simulink联合仿真，提取
驾驶室质心的俯仰角加速度功率谱密度图；
[0039] 图7为为用模态解耦的方法对驾驶室进行模态解耦后，得到3个单自由度系统，对3个单自由度系统以阻尼比＝1来选取天棚阻尼系数，并用Adams car/Simulink联合仿真，提
取驾驶室质心的侧倾角加速度功率谱密度图；
[0040] 图8为Adams重卡整车模型图。
具体实施方式
[0041] 下面结合附图和实施例对本发明内容做进一步阐述，但不是对本发明的限定。如图1所示，一种用于重卡驾驶室半主动悬置的控制方法，包括如下步骤：
[0042] 1)建立驾驶室‑车架半主动悬置系统，如图2所示，在驾驶室‑车架半主动悬置系统中建立驾驶室质心坐标系，以行车方向为x轴正方向，y轴为驾驶室侧向，z轴根据右手定则
得出，O为驾驶室质心坐标，zo、a、γ分别为驾驶室垂直位移、侧倾角和俯仰角；假设驾驶室
视为刚体，在驾驶室前左与前右悬置上端安装两个垂直加速度传感器测得驾驶室前左和前
右悬置点的垂直加速度 和 在驾驶室质心处安装一个垂直加速度传感器测得驾驶室质
心垂直加速度 在车架上的四个悬置点安装四个垂直加速度传感器测得车架上四个悬置
点的垂直加速度，分别为
[0043] 2)如图3所示，在驾驶室质心坐标系下，设pyi为驾驶室悬置点i的y轴坐标，pxi为驾驶室悬置点i的x轴坐标，i＝1,2,3,4，分别对应XOY平面第1，2，3，4象限的悬置点的投影点；
根据科里奥利效应得到驾驶室四个悬置点的加速度和速度，以及驾驶室质心的垂直加速
度、垂直速度、侧倾角加速度、侧倾角速度、俯仰角加速度和俯仰角速度，表达式如下：
[0044]
[0045]
[0046] 其中，zi(i＝1,2,3,4)分别为驾驶室质心坐标系下各悬置点的z轴位移；pyi、pxi(i＝1,2,3,4)通过实际测量获得； 通过分别对 进行积分获得，通过式(1)(2)
求得驾驶室质心的垂直加速度、垂直速度、侧倾角加速度、侧倾角速度、俯仰角加速度和俯
仰角速度以及4个驾驶室悬置点的加速度和速度；
[0047] 对 进行积分获得四个车架悬置点的垂直速度，获得信号：驾驶室的垂直加速度 侧倾角加速度 俯仰角加速度 垂直速度 侧倾角速度 和俯仰角速度
以及四个车架悬置点的相对速度
[0048] 3)根据下述公式(3)对步骤2)获取的 信号计算天棚阻尼力大小，
[0049]
[0050]
[0051] 其中fskyz、fskya、fskyγ为天棚阻尼力，Cskyz、Cskya、Cskyγ为天棚阻尼系数，β1、β2、β3为放大系数；本实例中，β1、β2、β3的取值为一个参考值。
[0052] 4)根据力与力矩等效原理，利用下述公式(5)和公式(6)计算4根减振器的期望阻尼力fi，i＝1，2，3，4，
[0053]
[0054] f3＝f4 (6)
[0055] 5)由于阻尼可调减振器输出阻尼力的方向只与相对速度的方向有关，减振器输出阻尼力大小范围与减振器输入电流、减振器两端相对速度大小有关，如图4所示，利用下述
公式(7)计算阻尼可调减振器实际输出的阻尼力fri，
[0056]T T
[0057] 其中 Q＝[q1 q2 q3 q4] ，X＝[z a γ]，如图2所示，其中X为驾驶室质心位姿矩阵，H为驾驶室悬置点坐标转换矩阵，Q为车架4个悬
置点的垂直位移矩阵，q1 q2 q3 q4分别为车架悬置点i的垂直位移；
[0058] 6)根据计算的阻尼可调减振器实际输出的阻尼力与减震器输入电流、减震器两端相对速度的关系，分别计算各个减振器的输入电流，并将计算的电流输入给各个阻尼可调
减震器，从而实现对驾驶室半主动悬置系统的控制。
[0059] 下面以一个具体的Adams car/Simulink联合仿真实例说明本发明。
[0060] 为更真实地验证上述控制策略对非线性驾驶室悬置系统的有效性，基于某重卡的驾驶室悬置系统的结构参数，利用Adams建立整车多体动力学模型，如图8所示。在Adams模
型中，CDC减震器阻尼力被简化为由Simulink控制的阻尼力约束，同时Simulink模型中提取
悬置相对速度并通过插值获取速度‑阻尼力(如图3所示)，用以模拟真实的CDC减震器。同时
在Simulink中搭建驾驶室天棚控制模型和驾驶室被动悬置模型并与Adams搭建的整车模型
进行联合仿真控制。
[0061] 根据实际情况可以得出，驾驶室质心的垂直、侧倾角和俯仰角加速度可以反应车辆的平顺性，是衡量驾驶室乘坐舒适性的重要指标。图5、图6和图7分别是某重卡模型在C级
路面上以70km/h的车速行驶，导出的被动悬置与半主动悬置驾驶室质心垂直、俯仰角和侧
倾角加速度功率谱密度图。仿真效果显示驾驶室质心的垂直和俯仰角加速度的抑制效果尤
其明显，在低频段的隔振效果好，在高频段隔振效果难以预测。垂直和俯仰角加速度均方根
值下降了百分之20左右，结果是由于驾驶室悬置系统中的控制装置产生的阻尼力对整个控
制系统起到了一定的调节作用，从而使得驾驶室质心振动得到了改善。
[0062] 本发明的阻尼可调减振器为CDC减振器，将该减振器应用于基于天棚控制算法思想的驾驶室半主动悬置系统中，提高了车体行驶平顺性和乘坐舒适性。本发明采用的CDC减
振器具有耗能低、可产生连续阻尼力、方便控制等优点。
